ISTITUZIONI DI ASTROFISICA

FIS/05 - 6 CFU - 1° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

VALERIO PIRRONELLO
Email: pirronello@dmfci.unict.it
Edificio / Indirizzo: Osservatorio Astrofisico di Catania
Telefono: 095 7332235
Orario ricevimento: ll Prof. Pirronello riceve lunedì dalle 17.00 e il venerdì dalle 10.00 alle 11.00; si consiglia comunque di contattarlo in anticipo per verificare che impegni istituzionali o personali non lo costringano a spostare il ricevimento ad un giorno specifico


Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire una panoramica sufficientemente approfondita dei fenomeni che hanno luogo nel nostro Universo.

Particolare attenzione verrà dedicata alla descrizione anche quantitativa dei meccanismi fisici che sono alla base di tali fenomeni.

A causa della intrinseca interdisciplinarietà dell'astrofisica, quando necessario si introdurranno, anticipandoli in maniera euristica, concetti che verranno affrontati compiutamente in altre materie successivamente.

L'approccio utilizzato a lezione sarà di tipo osservativo-teorico.

 

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuirà ad acquisire le seguenti competenze:

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)

Durante il corso lo studente acquisirà una comprensione critica degli sviluppi più avanzati dell'Astrofisica sia negli aspetti osservativi sia in quelli teorici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

Durante il corso lo studente raffinerà la sua capacità di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni investigati in quello che costituisce il laboratorio più grande a nostra disposizione: l'Universo.

Autonomia di giudizio (making judgements)

Durante il corso lo studente verrà sollecitato ad aumentare la propria capacità di argomentare personali interpretazioni di quanto studiato.

Abilità comunicative (communication skills)

Durante il corso lo studente verrà sollecitato a raffinare la propria capacità di comunicare le conoscenze acquisite con proprietà di linguaggio, capacità che risulterà particolarmente importante quando si troveranno a dover presentare una propria attività di ricerca o di rassegna a un pubblico di specialisti o di profani.

Capacità di apprendimento (learning skills)

Durante il corso lo studente affinerà la propria capacità di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e la capacità di accedere alla letteratura scientifica specializzata.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

L'insegnamento verrà svolto principalmente tramite l'erogazione di lezioni frontali.

Si prevede di effettuare durante il corso una o più visite guidate alla Stazione Solare e a quella Stellare dell'Osservatorio Astrofisico di Catania.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.


Prerequisiti richiesti

Conoscenze indispensabili richieste per fruire pienamente del corso e per sostenerne l'esame finale:

- Calcolo differenziale e integrale delle funzioni di una variabile

- Meccanica dei sistemi di punti materiali.

- Termodinamica.

- Elettromagnetismo

- Ottica



Frequenza lezioni

La frequenza a lezione e di norma obbligatoria in presenza o per via telematica, qualora la situazione dovuta alla pandemia in corso dovesse richiedere lo svolgimento delle lezioni in modalità mista o solo on line.



Contenuti del corso

1 – Introduzione

Metodologia dell’investigazione in astrofisica – Scala delle distanze e unità di misura – Strumenti per l’osservazione – Sistemi di coordinate astronomiche.

 

2 – Le stelle

– Generalità

Parametri fondamentali delle stelle: massa raggio e luminosità - La scala delle magnitudini – Classificazione spettrale delle stelle – Il diagramma di Hertzprung-Russell - Le classi di luminosità.

– Atmosfere stellari

Trasporto della radiazione – Modello di atmosfera grigia – Oscuramento al bordo - Formazione delle righe spettrali – Equazioni di Boltzmann e di Saha* – Coefficienti di Einstein – Meccanismi di allargamento delle righe – Analisi delle abbondanze.

– Struttura interna

Le equazioni della struttura stellare – Relazione massa-luminosità – Processi di Fusione nucleare – Meccanismi di trasporto dell’energia – Criterio di Schwarzschild per l’instaurarsi della convezione.

– Evoluzione stellare

Il Teorema del Viriale* - Il criterio di Jeans per il collasso gravitazionale e la formazione stellare - Evoluzione di pre- e post-sequenza principale delle stelle - Gas degenere di Fermi* – Fasi finali dell'evoluzione: nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri - Stelle variabili pulsanti.

 

3 – Il Sole: una stella tipica di sequenza principale

Atmosfera solare: fotosfera, cromosfera, corona – Zona di convezione – Rotazione differenziale – Teorema di Alfvén* - Meccanismo dinamo per la generazione dei campi magnetici – Affioramento dei tubi di flusso magnetici e attività solare (macchie, facole, protuberanze, brillamenti) - I neutrini solari.

 

4 – Il mezzo interstellare

Le nubi interstellari dense e diffuse e il mezzo internubi – Il gas e Le polveri – Processi di riscaldamento e di raffreddamento delle nubi - Le regioni H II – La chimica interstellare in fase gassosa e sulla superficie delle polveri che agiscono da catalizzatori.

 

5 – La nostra galassia

Morfologia, dinamica e caratteristiche fisiche della galassia – Gli ammassi globulari e gli ammassi aperti – Le popolazioni stellari – La materia oscura - il Buco Nero supermassiccio – I raggi cosmici.

 

6 – Le galassie

Classificazione morfologica di Hubble – Caratteristiche fisiche e processi di formazione delle galassie ellittiche e a disco – I Nuclei Galattici Attivi (radiogalassie, QUASAR ecc.) – Gli ammassi e i superammassi di galassie - Evidenze extragalattiche della presenza di materia oscura.

 

7 – Cosmologia

Principali evidenze osservative: la legge di Hubble dell’espansione dell’universo, il fondo cosmico di microonde – Principio cosmologico - Cosmologia newtoniana - L’equazione di Friedmann e quella del fluido cosmologico – Inflazione e fluttuazioni primordiali – Universo dominato dalla radiazione, dominato dalla materia e dal vuoto – Modelli d’Universo - Energia oscura – La costante cosmologica - Anisotropie su grande e piccola scala nel fondo di microonde - Storia termica dell’Universo.

 

N.B.: Per gli argomenti asteriscati la deduzione quantitativa dei risultati può essere omessa.



Testi di riferimento

1. G.B. Rybicki & A.P. Lightman: Radiative processes in Astrophysics, Wiley-VCH, New York (2004)

2. H. Karttunen et al.: Fundamental Astronomy, 5th ed, Springer Verlag, Berlin (2007)

 

Per consultazione

B.W. Carroll & D.A. Ostlie: An Introduction to Modern Astrophysics 2nd ed, Cambridge University Press, Cambridge (2007)


Altro materiale didattico

Se necessario del materiale didattico verrà fornito direttamente agli studenti.



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Gli argomenti del corso, seppur affrontati in maniera più approfondita durante le lezioni, debbono essere conosciuti almeno al livello di approfondimento del Karttunen et al.Karttunen et al.: Fundamental Astronomy, 5th ed, Springer Verlag, Berlin (2007) 


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

L'esame verrà svolto in modalità orale; qualora le condizioni lo dovessero richiedere, la verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica.

L'esame tenderà ad accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dallo studente e la capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati.

L'attribuzione del voto finale terrà conto in egual misura della padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative.

 

Le date d'esame saranno consultabili nel Calendario degli Esami del Corso di Laurea Triennale in Fisica.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

Gli argomenti del corso sono tutti possibili oggetto di domanda.




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